TW202401567A - 基板處理裝置，半導體裝置的製造方法及程式 - Google Patents

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中川崇
柳沢愛彦
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Abstract

本發明的課題是在於提供一種可防止熱處理所致的基板的彎曲或破裂的技術。 其解決手段是具備： 處理被保持於基板保持部的複數的基板之處理室； 將電磁波供給至處理室內的電磁波產生器；及 從被設為配合前述複數的基板被保持的間隔之複數的氣體供給口，供給冷卻氣體至複數的基板間之氣體供給部。

Description

基板處理裝置，半導體裝置的製造方法及程式
本案是關於基板處理裝置，半導體裝置的製造方法及程式。
作為半導體裝置(semiconductor device)的製造工序之一工序，例如有使用加熱裝置來加熱處理室內的基板，使被成膜於基板的表面的薄膜中的組成或結晶構造變化或修復所被成膜的薄膜內的結晶缺陷等的退火處理為代表的改質處理。在近幾年的半導體裝置中，微細化、高集成化顯著，隨之，對形成具有高的長寬比(aspect ratio)的圖案之高密度的基板要求改質處理。作為如此對高密度基板的改質處理方法，例如專利文獻1般使用電磁波的熱處理方法被檢討。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2015-070045號公報
(發明所欲解決的課題)
就使用以往的電磁波的處理而言，有因為熱處理而發生半導體基板的面內溫度的不均一所致的基板的彎曲或破裂的情況。
本案是在於提供一種可防止熱處理所致的基板彎曲或破裂的技術。 (用以解決課題的手段)
若根據本案的一形態，則提供一種下述構成的技術， 具備： 處理被保持於基板保持部的複數的基板之處理室； 將電磁波供給至前述處理室內的電磁波產生器；及 從被設為配合前述複數的基板被保持的間隔之複數的氣體供給口，供給冷卻氣體至前述複數的基板間之氣體供給部。 [發明的效果]
若根據本案，則可防止熱處理所致的基板的彎曲或破裂。
以下，邊參照圖1~圖11邊說明有關本案的實施形態。另外，在以下的說明中使用的圖面是皆為模式性者，被顯示於圖面的各要素的尺寸的關係、各要素的比率等是不一定與現實者一致。並且，在複數的圖面的相互間也各要素的尺寸的關係、各要素的比率等是不一定一致。
以下，按照圖面說明有關本案的實施形態。
(1)基板處理裝置的構成 本案的實施形態的基板處理裝置是被構成為對複數片的晶圓實施各種的熱處理的單片式熱處理裝置，作為進行使用後述的電磁波的退火處理(亦即改質處理)的裝置進行說明。本實施例的基板處理裝置是使用FOUP(Front Opening Unified Pod：以下稱為晶盒)，作為將當作基板的晶圓收容於處理室內部的收納容器(載體(carrier))。晶盒是亦作為用以將晶圓搬送於各種的基板處理裝置間的搬送容器使用。
如圖1、圖2及圖3所示般，基板處理裝置100是具備： 在內部具有搬送晶圓200的搬送室203之搬送框體202；及 被設在搬送框體202的側壁，分別在內部具有處理晶圓200的處理室201-1、201-2之作為後述的處理容器的處理箱(case)102-1、102-2。 並且，在處理室201-1、201-2之間是設有形成冷卻室204的冷卻箱109。
在搬送框體202的前側之朝向圖2右側(朝向圖3下側)是配置有作為晶盒開閉機構的裝載埠單元(LP)106，用以開閉晶盒110的蓋，將晶圓200搬入･搬出於搬送室203。裝載埠單元106是具備框體106a、平台106b及開啟器106c，平台106b是被構成為載置晶盒110，使晶盒110接近被形成於搬送室203的框體前方的基板搬入搬出口134，藉由開啟器106c來使被設在晶盒110的未圖示的蓋開閉。又，裝載埠單元106是亦可具有可用N 2氣體等的淨化氣體來淨化晶盒110內部的機能。又，搬送框體202是具有用以使淨化氣體循環於搬送室203內的後述的淨化氣體循環構造。
在搬送框體202的後側之朝向圖2左側(朝向圖3上側)是分別配置有開閉處理室201-1、201-2的閘閥(GV)205-1、205-2。在搬送室203是設置有移載晶圓200的基板移載機構的基板移載機械手臂、作為基板搬送部的移載機125。移載機125是以作為載置晶圓200的載置部的鑷子(臂)125a-1、125a-2、可將鑷子125a-1、125a-2的各者旋轉或直動於水平方向的移載裝置125b及使移載裝置125b昇降的移載裝置升降機125c所構成。藉由鑷子125a-1、125a-2、移載裝置125b、移載裝置升降機125c的連續動作，設為可將晶圓200裝填(充填)或脫裝(釋放)於後述的基板保持具(基板保持部)217、冷卻室204或晶盒110。之後，處理箱102-1、102-2、處理室201-1、201-2、鑷子125a-1及125a-2的各者是當無特別需要區別說明時，只記載為處理箱102、處理室201、鑷子125a。
鑷子125a-1是通常的鋁材質，被用在低溫及常溫的晶圓的搬送。鑷子125a-2是耐熱性高、熱傳導率差的鋁或石英構件等的材質，被用在高溫及常溫的晶圓的搬送。亦即，鑷子125a-1是低溫用的基板搬送部，鑷子125a-2是高溫用的基板搬送部。高溫用的鑷子125a-2是例如被構成為具有100℃以上更理想是200℃以上的耐熱性為佳。在低溫用鑷子125a-1是可設置映射感測器(mapping sensor)。藉由在低溫用鑷子125a-1設置映射感測器，可進行裝載埠單元106內的晶圓200的片數的確認、反應室201內的晶圓200的片數的確認、冷卻室204內的晶圓200的片數的確認。
在本案的實施形態的基板處理裝置中，以鑷子125a-1作為低溫用鑷子，鑷子125a-2是作為高溫用鑷子進行說明，但不被限定於此。亦可以耐熱性高、熱傳導率差的鋁或石英構件等的材質來構成鑷子125a-1，用在高溫及常溫的晶圓的搬送，以通常的鋁材質來構成鑷子125a-2，用在低溫及常溫的晶圓的搬送。又，亦可以耐熱性高、熱傳導率差的鋁或石英構件等的材質來構成鑷子125a-1、125a-2的雙方。
(處理爐) 在圖2的以虛線所包圍的區域A是構成具有圖1所示般的基板處理構造的處理爐(處理室)201。如圖3所示般，在本實施例中是設置複數個處理爐，但處理爐的構成為相同，因此停留在說明一個的構成，其他的處理爐構成的說明省略。
如圖1所示般，處理爐是具有以將金屬等的電磁波反射的材料所構成之作為空腔(cavity)(處理容器)的處理箱102。又，以金屬材料構成的凸緣蓋(閉塞板)104會被構成為經由圖示省略之作為密封構件的O型環來閉塞處理箱102的上端。主要將處理箱102與凸緣蓋104的內側空間構成為處理矽晶圓等的基板的處理室201。亦可在處理箱102的內部設置使電磁波透過的石英製的未圖示的反應管，亦可以反應管內部會成為處理室之方式構成處理容器。又，亦可不設凸緣蓋104，使用頂部閉塞的處理箱102來構成處理室201。
在處理室201內是設有載置台210，在載置台210的上面是載置作為保持基板亦即晶圓200的基板保持具的晶舟217。在晶舟217是處理對象的晶圓200與以夾入晶圓200的方式載置於晶圓200的垂直方向上下的基座103a、103b會保持預定的間隔。此基座103a、103b是例如作為矽板(Si板)或碳化矽板(SiC板)等的材料配置於晶圓200的上下，藉此抑制對於晶圓200的邊緣之電場強度集中。亦即，基座是抑制對於晶圓的邊緣之電磁波的吸收者。又，亦可設為在基座103a、103b的上面及下面以預定的間隔保持作為隔熱板的石英板101a、101b。在本實施例中，石英板101a與101b的各者、基座103a與103b的各者是以同一的零件所構成，之後，當無特別需要區別說明時，稱為石英板101、基座103進行說明。
作為處理容器的處理箱102是例如橫剖面為圓形，構成為平的密閉容器。又，作為下部容器的搬送框體202是藉由例如鋁(Al)或不鏽鋼(SUS)等的金屬材料或石英等所構成。另外，亦有將被處理箱102包圍的空間稱為作為處理空間的處理室201或反應區域201，將被搬送框體202包圍的空間稱為作為搬送空間的搬送室或搬送區域203的情況。另外，處理室201與搬送室203是不限於如本實施形態般使鄰接於水平方向而構成，亦可設為使鄰接於垂直方向，使具有預定的構造的基板保持具昇降之構成。
如圖1、圖2及圖3所示般，在搬送框體202的側面是設有與閘閥205鄰接的基板搬入搬出口206，晶圓200是經由基板搬入搬出口206來移動於處理室201與搬送室203之間。在閘閥205或基板搬入搬出口206的周邊是設置具有被使用的電磁波的1/4波長的長度的扼流圈(choke)構造，作為後述的電磁波的洩漏對策。
在處理箱102的側面是設置有後面詳述的作為加熱裝置的電磁波供給部，從電磁波供給部供給的微波等的電磁波會被導入至處理室201而加熱晶圓200等，處理晶圓200。
載置台210是藉由作為旋轉軸的傳動軸(shaft)255來支撐。傳動軸255是貫通處理室201的底部，更在處理室201的外部被連接至進行旋轉動作的驅動機構267。藉由使驅動機構267作動而使傳動軸255及載置台210旋轉，可使被載置於晶舟217上的晶圓200旋轉。另外，傳動軸255下端部的周圍是藉由波紋管212所覆蓋，處理室201及搬送區域203內是被保持於氣密。
在此，載置台210是亦可被構成為按照基板搬入搬出口206的高度，藉由驅動機構267，在晶圓200的搬送時，晶圓200會上昇或下降成為晶圓搬送位置，在晶圓200的處理時，晶圓200會上昇或下降至處理室201內的處理位置(晶圓處理位置)。
在處理室201的下方，載置台210的外周側是設有將處理室201的氣氛排氣的排氣部。如圖1所示般，在排氣部是設有排氣口221。排氣口221是連接排氣管231，在排氣管231是按照處理室201內的壓力來控制閥開度的APC閥等的壓力調整器244、真空泵246會依序被串聯。
在此，壓力調整器244只要是可接受處理室201內的壓力資訊、來自後述的壓力感測器245的反饋訊號而調整排氣量者，不限於APC閥，亦可被構成為併用通常的開閉閥與壓力調整閥。
主要藉由排氣口221、排氣管231、壓力調整器244來構成排氣部(亦稱為排氣系或排氣管線)。亦可將真空泵246含在排氣系中。另外，亦可構成為以包圍載置台210的方式設置排氣口，可從晶圓200的全周排除氣體。
在凸緣蓋104是設有用以將惰性氣體、原料氣體、反應氣體等的各種基板處理用的處理氣體供給至處理室201內的氣體供給管232。在此氣體供給管232，從上游依序設有流量控制器(流量控制部)的質量流控制器(MFC)241及開閉閥的閥243。氣體供給管232的上游側是連接例如惰性氣體源，經由MFC241、閥243來朝處理室201內供給。在基板處理時使用複數種類的氣體時，是可藉由使用其次所述的構成來供給複數種類的氣體，該構成是在氣體供給管232的比閥243更下游側連接一從上游側依序設有流量控制器的MFC及開閉閥的閥之氣體供給管。亦可按每個氣體種類設置設有MFC、閥的氣體供給管。
在處理室201是設有被連接至氣體供給管232的噴嘴105。在噴嘴105的側面是設有供給氣體的氣體供給口。氣體供給口是朝向晶圓200開口，與晶圓200的表面平行地供給氣體。此氣體供給口是從處理室201的下部到上部(亦即晶圓200被保持(積載)於基板保持具217的方向(垂直方向))設置複數個，被設為配合被保持於基板保持具217的晶圓200的間隔。複數的氣體供給口是分別具有相同的開口面積，更以相同的開口間距設置。 主要藉由氣體供給管232、MFC241、閥243、噴嘴105來構成氣體供給系(氣體供給部)。在氣體供給系流動惰性氣體時，是亦稱為惰性氣體供給系。惰性氣體是例如可使用N 2氣體、Ar氣體、He氣體、Ne氣體、Xe氣體等的稀有氣體。
在凸緣蓋104是設置有溫度感測器263作為非接觸式的溫度測定裝置。根據藉由溫度感測器263所檢測出的溫度資訊，調整後述的微波振盪器655的輸出，藉此加熱基板，基板溫度成為所望的溫度分佈。溫度感測器263是例如以IR(Infrared Radiation)感測器等的放射溫度計所構成。溫度感測器263是被設置為測定石英板101a的表面溫度或晶圓200的表面溫度。在設有作為上述的發熱體的基座的情況是亦可構成為測定基座的表面溫度。另外，在本實施例中記載為晶圓200的溫度(晶圓溫度)時，是指意思依據後述的溫度變換資料來變換的晶圓溫度，亦即被推測的晶圓溫度時，及意思藉由溫度感測器263來直接測定晶圓200的溫度而取得的溫度時，以及意思該等的雙方時進行說明。
亦可藉由溫度感測器263來對於石英板101或基座103與晶圓200的各者預先取得溫度變化的推移，藉此使表示石英板101或基座103與晶圓200的溫度的相關關係的溫度變換資料記憶於記憶裝置121c或外部記憶裝置123。藉由如此預先作成溫度變換資料，晶圓200的溫度是可藉由只測定石英板101的溫度，便可推測晶圓200的溫度，可根據被推測的晶圓200的溫度進行微波振盪器655的輸出，亦即加熱裝置的控制。
另外，作為測定基板的溫度的溫度測定部，不限於上述的放射溫度計，亦可使用熱電偶來進行溫度測定，或亦可併用熱電偶與非接觸式溫度計來進行溫度測定。但，使用熱電偶來進行溫度測定時，需要將熱電偶配置於晶圓200的附近來進行溫度測定。亦即，需要在處理室201內配置熱電偶，因此熱電偶本身會藉由從後述的微波振盪器供給的微波而被加熱，無法正確地測溫。所以使用非接觸式溫度計作為溫度感測器263為理想。
又，溫度感測器263是不限於設在凸緣蓋104，亦可設在載置台210。又，溫度感測器263是不僅直接設置在凸緣蓋104或載置台210，亦可被構成為使來自被設在凸緣蓋104或載置台210的測定窗的放射光以鏡子等來反射而間接地測定。進一步，溫度感測器263是不限於設置1個，亦可設置複數個。
在處理箱102的側壁是設置有電磁波導入口653-1、653-2。電磁波導入口653-1、653-2的各者是連接用以供給電磁波(微波)至處理室201內的導波管654-1、654-2的各者的一端。導波管654-1、654-2各者的另一端是連接作為供給電磁波至處理室201內而加熱的加熱源的微波振盪器(電磁波源、電磁波產生器)655-1、655-2。微波振盪器655-1、655-2是將微波等的電磁波分別供給至導波管654-1、654-2。又，微波振盪器655-1、655-2是可使用磁控管或速調管等。之後，無須特別區別說明電磁波導入口653-1、653-2、導波管654-1、654-2、微波振盪器655-1、655-2時，是記載為電磁波導入口653、導波管654、微波振盪器655進行說明。
藉由微波振盪器655來產生的電磁波的頻率是理想被控制為13.56MHz以上24.125GHz以下的頻率範圍。更合適是被控制成為2.45GHz或5.8GHz的頻率為理想。在此，微波振盪器655-1、655-2的各者的頻率是亦可設為相同的頻率，或亦可以不同的頻率設置。
並且，在本實施例中，微波振盪器655是被記載為在處理箱102的側面配置2個，但不限於此，只要設置1個以上即可，又，亦可配置為設在處理箱102的對向的側面等的不同的側面。主要藉由微波振盪器655-1、655-2、導波管654-1、654-2及電磁波導入口653-1、653-2來構成作為加熱裝置的電磁波供給部(亦稱為電磁波供給裝置、微波供給部、微波供給裝置)。
微波振盪器655-1、655-2的各者是連接後述的控制器121。控制器121是連接用以測定被收容於處理室201內的石英板101a或101b或者晶圓200的溫度的溫度感測器263。溫度感測器263是藉由上述的方法來測定石英板101或晶圓200的溫度而發送至控制器121，藉由控制器121來控制微波振盪器655-1、655-2的輸出，控制晶圓200的加熱。另外，作為加熱裝置所致的加熱控制的方法是可使用藉由控制往微波振盪器655輸入的電壓來控制晶圓200的加熱之方法及藉由變更將微波振盪器655的電源設為ON的時間及設為OFF的時間的比率來控制晶圓200的加熱之方法等。
在此，微波振盪器655-1、655-2是藉由從控制器121發送的相同的控制訊號來控制。但，不限於此，亦可構成為藉由從控制器121發送個別的控制訊號至微波振盪器655-1、655-2各者，各別地控制微波振盪器655-1、655-2。
(控制裝置) 如圖4所示般，控制部(控制裝置、控制手段)的控制器121是被構成為具備CPU(Central Processing Unit)121a、RAM(Random Access Memory)121b、記憶裝置121c、I/O埠121d的電腦。RAM121b、記憶裝置121c、I/O埠121d是被構成為可經由內部匯流排121e來與CPU121a交換資料。控制器121是連接例如構成為觸控面板等的輸出入裝置122。
記憶裝置121c是例如以快閃記憶體、HDD(Hard Disk Drive)等所構成。在記憶裝置121c內是可讀出地儲存有控制基板處理裝置的動作的控制程式，或記載退火(改質)處理的程序或條件等的製程處方等。製程處方是被組合為可使後述的基板處理工序的各程序實行於控制器121，可取得預定的結果，作為程式機能。以下，亦將此製程處方或控制程式等總簡稱為程式。又，亦將製程處方簡稱為處方。在本說明書中使用程式的用語時，是有只包含處方單體時，只包含控制程式單體時，或包含該等的雙方時。RAM121b是被構成為暫時性地保持藉由CPU121a所讀出的程式或資料等之記憶區域(工作區域)。
I/O埠121d是被連接至上述的移載機125、MFC241、閥243、壓力感測器245、APC閥244、真空泵246、溫度感測器263、驅動機構267、微波振盪器655等。
CPU121a是被構成為從記憶裝置121c讀出控制程式而實行，且可按照來自輸出入裝置122的操作指令的輸入等，從記憶裝置121c讀出處方。CPU121a是被構成為可按照讀出的處方的內容，控制移載機所致的基板的移載動作、MFC241所致的各種氣體的流量調整動作、閥243的開閉動作、根據壓力感測器245的APC閥244所致的壓力調整動作、真空泵246的起動及停止、根據溫度感測器263的微波振盪器655的輸出調整動作、驅動機構267所致的載置台210(或晶舟217)的旋轉及旋轉速度調節動作或昇降動作等。
控制器121是可藉由將被儲存於外部記憶裝置(例如硬碟等的磁碟、CD等的光碟、MO等的光磁碟、USB記憶體等的半導體記憶體)123的上述的程式安裝於電腦來構成。記憶裝置121c或外部記憶裝置123是被構成為電腦可讀取的記錄媒體。以下，亦可將該等總簡稱為記錄媒體。在本說明書中使用記錄媒體的用語時，是有只包含記憶裝置121c單體時，只包含外部記憶裝置123單體時，或包含該等雙方時。另外，對電腦的程式的提供是亦可不使用外部記憶裝置123，而利用網際網路或專用線路等的通訊手段來進行。
在此，本實施形態是在加熱基板的加熱時從噴嘴供給冷卻氣體，邊將基板維持於預定的溫度，邊進行預定時間微波照射，藉由將基板維持預定的溫度，可抑制晶圓基板上的溫度偏差，而抑制半導體基板的彎曲或破裂的發生。若依據本實施例，則藉由為了半導體基板的面內溫度均一性的提升之來自噴嘴的氣體噴射，可提升半導體基板的處理品質(或減低處理不良)，抑制彎曲破裂，同時增加處理片數，因此可充分地解決上述以往技術的問題點。
在以下表示圖6所示的本實施形態的作為氣體供給部的氣體噴嘴(噴嘴)105的條件之一例。氣體噴嘴105是被設在處理室201，對於晶圓200供給氣體者。 孔間隔：設為與晶圓間隔相同。 氣體流量：供給至各晶圓的氣體的流量是設為1slm以上，50slm以下。 氣體流速：供給至各晶圓的氣體的流速是設為0.2m/s以上，40.0m/s以下。 氣體供給口的孔數：設為與晶圓片數及基座個數同等。具體而言，晶圓5片與被配置於晶圓的上下的基座2個時，孔數為7個。 孔徑：設為Φ0.2mm以上，Φ5.0mm以下。孔徑小較可加快氣體流速，可削減氣體流量。又，可將熱損失最小化。 有關氣體流量，當未滿1slm時，有氣體不到達晶圓的中央的情形，又，當超過50slm時，氣體的供給量成為過剩，導致冷卻氣體的浪費。又，有關氣體流速，當未滿0.2m/s時，有氣體不到達晶圓的中央的情形，又，當超過40.0m/s時，通過晶圓間的氣體會撞擊壁面，氣流雜亂而對晶圓造成不良影響。又，有關孔徑，當未滿Φ0.2mm時，難加工，當超過Φ5.0mm時，為了確保預定的氣體流量而必須使用多量的氣體，有成為氣體的浪費的可能性。藉由一邊使用噴嘴在基板間供給氣體一邊進行熱處理(改質處理)，可謀求基板的處理不良減低、防止彎曲或破裂、增加同時處理片數。
設置作為氣體供給部的氣體噴嘴，在基板間供給氣體，藉此可使基板面內的均一性提升。
在圖7顯示調整本實施形態的噴嘴方向時的均一性的變化結果。如同圖所示般，將作為氣體供給部的氣體噴嘴105的方向從基板中心錯開至邊緣方向，例如，藉由從基板中心往邊緣調整至1/2方向，可改善面內均一性。藉由使冷卻氣體流動至晶圓間，除去多餘的悶熱，可改善均一性。悶熱是如圖5所示般，在晶圓中央變大，但若噴嘴105朝向中心，則僅晶圓中心部過冷。另一方面，由於從噴嘴105噴出的冷卻氣體有擴展寬度，因此即使朝向晶圓中心，也有可能除去晶圓中央的悶熱。
(微波的循環供給) 在對晶圓間歇性地施加微波時，控制為對於旋轉的基板供給氣體之處會變化(換言之，以不會形成同地方的方式錯開時機)。藉由冷卻氣體來除去在微波的供給時(On時)產生的悶熱，而在微波的停止時(Off時)是減低或停止冷卻氣體的供給量而防止晶圓的過冷。另外，有關在晶圓急遽地變高的情況或施加輸出強的微波而加熱的情況等，亦可在微波的Off時不減低或停止冷卻氣體的供給，供給冷卻氣體。
進一步，若使微波的輸出(功率)的功率On/Off循環與晶圓旋轉不同步，則可使對面內分佈的影響減低。具體而言，控制為1旋轉的時間(此情況是60/rpm)與微波循環(亦即On+Off的時間)不成為整數倍。在圖11顯示晶圓的旋轉數與微波的ON/OFF的循環的模擬結果的一例。在本實施形態中，設為微波的ON：2秒，OFF：4秒。若晶圓的旋轉數設為2.5rpm，則冷卻氣體的供給會與晶圓的特定處重疊，特定之處會被冷卻。亦即，若微波的ON/OFF循環與晶圓旋轉同步，則有同部分重疊使面內分佈惡化的可能性。對於此，若晶圓的旋轉數設為2.4rpm，則冷卻氣體的供給會從晶圓的特定處分散。進一步，若設為2.3rpm，則冷卻氣體對於晶圓的供給會更被分散，可更均一地處理晶圓面內的冷卻。
在圖8A顯示設置複數的噴嘴105，可按每個基板調整氣體流量的實施例。例如，藉由設置與晶圓的片數同數的噴嘴105，可按每個晶圓精細地調整。作為調整的條件是可舉冷卻氣體的流量、供給冷卻氣體的方向。藉由IR感測器來中心、端、其間等多點測定最上段的晶圓，可朝向溫度高的部分供給冷卻氣體，在溫度高的部分多供給冷卻氣體的供給量，可使冷卻效率提升。
(基板彎曲控制) 在基板預備加熱時控制氣體流量、方向、時機，使基板面內的溫度差減低，抑制變形(例如彎曲)。進一步，若藉由IR感測器或熱攝像機來檢測而控制流動方式，則更具效果。若使用圖10所示般的熱攝像機111，則可用1台發揮複數個IR感測器相當的作用，正確地測定溫度分佈。只要從晶圓的斜上測定溫度，則便可測定晶圓間的溫度。在圖8B顯示瞄準熱點700來使氣體流動的樣子。由於可不冷卻晶圓抑制變形，因此有利於高速昇溫。
(流量控制表) 預先以表形式來將處理基板的膜種、氣體流量(或流速)、微波輸出及處理時間記憶於記憶部，使能在對應處理基板的條件下進行處理。在此，藉由進行根據控制表的控制，可對應於依時間(或處方步驟)的變化、依處理膜種類的變化。進一步，可藉由複數的IR感測器(或熱攝像機)來分佈測定而控制悶熱量。
在圖9表示本實施例的基板處理的流程之一例。在此，按照圖9所示的處理流程來說明有關使用上述的基板處理裝置，作為半導體裝置(裝置)的製造工序之一工序，例如被形成於基板上的作為含矽膜的非晶矽膜的改質(例如結晶化)方法之一例。在以下的說明中，構成基板處理裝置的各部的動作是藉由在圖4說明的控制部來控制。在此，使用所謂「晶圓」的用語時，有意思晶圓本身時，或意思晶圓與被形成於其表面的預定的層或膜的層疊體時。
首先，基板取出工序(S801)之後，實施基板搬入工序(S802)，晶圓200是藉由閘閥205的開閉動作來搬入至預定的處理室201(晶舟裝載)。亦即，使用低溫用的鑷子125a-1、高溫用的鑷子125a-2，將例如5片的晶圓搬入至處理室201。
(爐內壓力･溫度調整工序(S803)) 一旦晶圓200往處理室201的搬入完了，則將處理室201內的環境控制成為預定的壓力(例如10~102000Pa)。具體而言，藉由真空泵246，一面排氣，一面根據藉由壓力感測器245所檢測出的壓力資訊來反餽控制壓力調整器244的閥開度，將處理室201內設為預定的壓力。另外，本說明書的「10~102000Pa」般的數值範圍的記載是意思下限值及上限值為其範圍中。因此，例如所謂「10~102000Pa」是意思「10Pa以上，102000Pa以下」。有關其他的數值範圍亦同樣。
(惰性氣體供給工序(S804)) 一旦藉由爐內壓力･溫度調整工序S803來將處理室201內的壓力與溫度控制至預定的值，則驅動機構267使傳動軸255旋轉，經由載置台210上的晶舟217來使晶圓200旋轉。此時，氮氣體等的惰性氣體會經由氣體供給管232來供給(S804)。進一步，此時，處理室201內的壓力是成為10Pa以上102000Pa以下的範圍的預定的值，例如調整成為101300Pa以上101650Pa以下。另外，傳動軸是亦可在基板搬入工序S402時，亦即將晶圓200搬入處理室201內完了後使旋轉。
(預備加熱工序(S805)) 接著，一旦將處理室201內形成預定的壓力，則微波振盪器655經由上述的各部來供給第1微波至處理室201內。以第1微波輸出(例如3600W)，微波供給的ON時間(例如150秒)，進行加熱晶圓200的預備加熱處理。藉此，緩和基板的溫度上昇，可防止基板的彎曲或破裂。
(改質工序(S806)) 一邊將處理室201內維持成為預定的壓力，一邊微波振盪器655經由上述的各部來預定時間(例如600秒)將第2微波(例如5130W)供給至處理室201內。藉由供給第2微波至處理室201內，加熱晶圓200成為100℃以上，1000℃以下的溫度，合適是400℃以上，900℃以下的溫度，更合適是500℃以上，700℃以下的溫度。藉由在如此的溫度下進行基板處理，成為在晶圓200效率佳吸收微波的溫度下的基板處理，可提升改質處理的速度。換言之，若將晶圓的溫度為比100℃更的溫度或比1000℃更高的溫度下處理，則晶圓的表面會變質，難吸收微波，因此難加熱晶圓。為此，最好在上述的溫度帶進行基板處理。
(基板搬出工序(S807)) 使處理室201內的壓力恢復大氣壓之後，將閘閥205開放，使處理室201與搬送室203空間性地連通。然後，藉由移載機125的高溫用的鑷子125a-2來將被載置於晶舟217的加熱(處理)後的晶圓200搬出至搬送室203(S807)。
(基板冷卻工序(S808)) 藉由高溫用的鑷子125a-2來搬出的加熱(亦即處理)後的晶圓200是藉由移載裝置125b、移載裝置升降機125c的連續動作來移動至冷卻室204，藉由高溫用的鑷子125a-2，在冷卻室204內，例如載置5片的晶圓200，預定時間載置下冷卻(S808)。
(基板收容工序(S809)) 從冷卻室204取出藉由基板冷卻工序S808所冷卻的晶圓200，搬送至預定的晶盒。
另外，在上述的實施例的說明中，微波的第1輸出是以3600W說明，但第1輸出是設為2000W~4000W。有關第1輸出，2000W~4000W時的優點是因為可縮短從晶圓的彎曲開始到收於形成最大的時間。比2000W更低時的缺點是到晶圓的溫度開始上昇為止過於花費時間。又，比4000W更高時的缺點是晶圓溫度急速上昇晶圓彎曲形成過大，擔心與其他接觸。
並且，在上述的實施例的說明中，第2微波是以5130W說明，但第2輸出是設為4000W~12000W。4000W~12000W時的優點是在於可將製程晶圓調整成適合於處理(treatment)的溫度。比4000W更低時的缺點是處理需要長時間，有形成處理不足的情形。又，比12000W更高時的缺點是雖也會取決於一次處理的晶圓片數，但恐有超過晶圓可吸收微波的限度，產生放電或電漿之虞。
若根據以上說明的本實施例的裝置，則為了使半導體基板的面內溫度分佈形成均一，在加熱基板時，從噴嘴供給氣體，邊將基板維持於預定的溫度，邊預定時間供給至基板而進行改質處理，藉此減低半導體基板上的溫度差，而可提升半導體基板的處理品質、抑制彎曲或破裂的發生。進一步，可同時處理複數片的基板，生產性也可提升。
以上說明的實施形態是可適當變更使用，其效果也可取得。例如，上述的說明是記載有關將非晶矽膜改質成多晶矽膜，作為以矽作為主成分的膜之處理，但不限於此，亦可使供給含有氧(O)、氮(N)、碳(C)、氫(H)之中至少1個以上的氣體，將被形成於晶圓200的表面的膜改質。例如，在晶圓200形成作為高介電質膜的鉿氧化膜(HfxOy膜)時，藉由邊供給含氧的氣體邊供給微波而使加熱，可補充鉿氧化膜中的缺損的氧，使高介電質膜的特性提升。
另外，在此是表示有關鉿氧化膜，但不限於此，在將含有包括鋁(Al)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鑭(La)、鈰(Ce)、釔(Y)、鋇(Ba)、鍶(Sr)、鈣(Ca)、鉛(Pb)、鉬(Mo)、鎢(W)等的至少任一者的金屬元素的氧化膜亦即金屬系氧化膜時也可良好地適用。亦即，上述的成膜順序是晶圓200上，將TiOCN膜、TiOC膜、TiON膜、TiO膜、ZrOCN膜、ZrOC膜、ZrON膜、ZrO膜、HfOCN膜、HfOC膜、HfON膜、HfO膜、TaOCN膜、TaOC膜、TaON膜、TaO膜、NbOCN膜、NbOC膜、NbON膜、NbO膜、AlOCN膜、AlOC膜、AlON膜、AlO膜、MoOCN膜、MoOC膜、MoON膜、MoO膜、WOCN膜、WOC膜、WON膜、WO膜改質時也可良好地適用。
又，不限於高介電質膜，亦可使以摻雜雜質的矽作為主成分的膜加熱。以矽作為主成分的膜是有矽氮化膜(SiN膜)、矽氧化膜(SiO膜)、矽氧碳化膜(SiOC膜)、矽氧碳氮化膜(SiOCN膜)、矽氧氮化膜(SiON膜)等的Si系氧化膜。雜質是例如包括臭素(B)、碳(C)、氮(N)、鋁(Al)、磷(P)、鎵(Ga)、砷(As)等的至少1個以上。
又，亦可為以聚甲基丙烯酸甲酯樹脂(Polymethyl methacrylate：PMMA)、環氧樹脂、酚醛清漆樹脂、聚乙烯苯基樹脂等的至少任一個作為基礎的抗蝕膜。
又，上述是針對半導體裝置的製造工序的一工序記載，但不限於此，液晶面板的製造工序的圖案化處理、太陽能電池的製造工序的圖案化處理或功率裝置的製造工序的圖案化處理等的處理基板的技術也可適用。
另外，本案是不被限定於以上說明的實施例，更包含各種的變形例。例如，前述的實施例是為了容易理解說明本案而詳細說明者，不是一定要被限定於具備所說明的全部的構成者。
進一步，上述的各構成、機能、控制部的控制器等是以作成實現該等的一部分或全部的程式的例子為中心說明，但當然亦可藉由例如以積體電路來設計該等的一部分或全部而以硬體實現。亦即，處理部的全部或一部分的機能是亦可取代程式，例如藉由ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)等的積體電路等來實現。
100:基板處理裝置 105:噴嘴 200:晶圓(半導體基板) 655:微波振盪器(電磁波源、電磁波產生器)
[圖1]是以縱剖面圖來表示在本案的實施形態所適用的基板處理裝置的處理爐部分的概略構成圖。 [圖2]是以處理爐的位置表示在本案的實施形態所適用的基板處理裝置的概略構成的縱剖面圖。 [圖3]是表示在本案的實施形態所適用的基板處理裝置的剖面構成的橫剖面圖。 [圖4]是在本案的實施形態所適用的基板處理裝置的控制器的概略構成圖。 [圖5]是用以在本案的實施形態所適用的基板處理裝置的悶熱的圖。 [圖6]是用以說明在本案的實施形態所適用的基板處理裝置噴嘴的孔間隔、孔數、孔徑、實施例的圖。 [圖7]是表示在本案的實施形態所適用的基板處理裝置噴嘴的往基板的噴出方向變化的結果的圖。 [圖8A]是用以說明在本案的實施形態所適用的基板處理裝置複數個的噴嘴設置的實施例的圖。 [圖8B]是表示在本案的實施形態所適用的基板處理裝置噴嘴的往熱點的噴出控制的圖。 [圖9]是表示在本案的實施形態所適用的基板處理的流程的一例的圖。 [圖10]是表示在本案的實施形態所適用的附加了熱攝像機的基板處理裝置的一例的圖。 [圖11]是表示在本案的實施形態所適用的基板處理裝置的模擬結果的一例的圖。
103a,103b:基座
105:噴嘴
200:晶圓(半導體基板)

Claims (20)

  1. 一種基板處理裝置，其特徵係具備： 處理被保持於基板保持部的複數的基板之處理室； 將電磁波供給至前述處理室內的電磁波產生器；及 從被設為配合前述複數的基板被保持的間隔之複數的氣體供給口，供給冷卻氣體至前述複數的基板間之氣體供給部。
  2. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述複數的氣體供給口的數目係與前述複數的基板的數目同數。
  3. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述複數的氣體供給口係開口為朝向從前述基板的中心偏移至邊緣方向的方向而供給前述冷卻氣體。
  4. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述冷卻氣體的流速為0.2m/s以上，40.0m/s以下。
  5. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述冷卻氣體的流量為1slm以上，50slm以下。
  6. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述複數的氣體供給口的直徑為0.2mm以上，5.0mm以下。
  7. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，具備被構成為可控制前述電磁波產生器所產生的電磁波的ON/OFF之控制部。
  8. 如請求項7記載的基板處理裝置，其中，具備使被保持於前述基板保持部的基板旋轉之旋轉機構， 前述控制部係被構成可控制前述旋轉機構。
  9. 如請求項8記載的基板處理裝置，其中，前述控制部係被構成為可控制前述電磁波產生器及前述旋轉機構，使得前述電磁波的ON/OFF的循環與前述基板的旋轉成為非同步。
  10. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述電磁波產生器係被設在前述處理室的側壁。
  11. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述電磁波為微波。
  12. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述複數的氣體供給口係被設在前述基板被保持的方向。
  13. 一種半導體裝置的製造方法，其特徵係具有： 將基板搬入至基板處理裝置的處理室之工序；及 處理前述基板之工序， 前述基板處理裝置係具備： 處理被保持於基板保持部的複數的基板之前述處理室； 將電磁波供給至前述處理室內的電磁波產生器；及 從被設為配合前述複數的基板被保持的間隔之複數的氣體供給口，供給冷卻氣體至前述複數的基板間之氣體供給部。
  14. 如請求項13記載的半導體裝置的製造方法，其中，在處理前述基板的工序中，供給前述冷卻氣體。
  15. 如請求項13記載的半導體裝置的製造方法，其中，在處理前述基板的工序中，朝從前述基板的中心偏移至邊緣方向的方向供給前述冷卻氣體。
  16. 如請求項13記載的半導體裝置的製造方法，其中，在處理前述基板的工序中，前述冷卻氣體的流速為0.2m/s以上，40.0m/s以下，或前述冷卻氣體的流量為1slm以上，50slm以下。
  17. 一種程式，其特徵係使下列程序實行於基板處理裝置， 將基板搬入至前述基板處理裝置的處理室之工序；及 處理前述基板之工序， 前述基板處理裝置係具備： 處理被保持於基板保持部的複數的基板之處理室； 將電磁波供給至前述處理室內的電磁波產生器；及 從被設為配合前述複數的基板被保持的間隔之複數的氣體供給口，供給冷卻氣體至前述複數的基板間之氣體供給部。
  18. 如請求項17記載的程式，其中，在處理前述基板的工序中，朝從前述基板的中心偏移至邊緣方向的方向供給前述冷卻氣體。
  19. 如請求項17記載的程式，其中，前述冷卻氣體的流量為1slm以上，50slm以下。
  20. 如請求項17記載的程式，其中，在處理前述基板的工序中，前述冷卻氣體的流速為0.2m/s以上，40.0m/s以下，或前述冷卻氣體的流量為1slm以上，50slm以下。
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